[論文レビュー] Active region upflows: 1. Multi-instrument observations

K. Vanninathan, M. S. Madjarska+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 18, 2015

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 43被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、Hinode、SDO、NSOの複数機器観測を用いて、活動領域（AR）上昇流の起源を調査した。励起状態のジェットがコロナ上昇流へのプラズマ供給に寄与する証拠は得られず、むしろ磁気フラックス拡散が上昇流を駆動していることが示された。また、~105 km s⁻¹の持続的で第二の速度成分が観測され、二重の物理的メカニズムの可能性が示唆された。

ABSTRACT

Upflows at the edges of active regions (ARs) are studied by spatially and temporally combining multi-instrument observations obtained with EIS/Hinode, AIA and HMI/SDO and IBIS/NSO, to derive their plasma parameters. This information is used for benchmarking data-driven modelling of the upflows (Galsgaard et al., 2015). The studied AR upflow displays blueshifted emission of 5-20 km/s in Fe XII and Fe XIII and its average electron density is 1.8x10^9 cm^3 at 1 MK. The time variation of the density shows no significant change (in a 3sigma error). The plasma density along a single loop drops by 50% over a distance of 20000 km. We find a second velocity component in the blue wing of the Fe XII and Fe XIII lines at 105 km/s. This component is persistent during the whole observing period of 3.5 hours with variations of only 15 km/s. We also study the evolution of the photospheric magnetic field and find that magnetic flux diffusion is responsible for the formation of the upflow region. High cadence Halpha observations of the chromosphere at the footpoints of the upflow region show no significant jet-like (spicule/rapid blue excursion) activity to account for several hours/days of plasma upflow. Using an image enhancement technique, we show that the coronal structures seen in the AIA 193A channel is comparable to the EIS Fe XII images, while images in the AIA 171A channel reveals additional loops that are a result of contribution from cooler emission to this channel. Our results suggest that at chromospheric heights there are no signatures that support the possible contribution of spicules to AR upflows. We suggest that magnetic flux diffusion is responsible for the formation of the coronal upflows. The existence of two velocity components possibly indicate the presence of two different flows which are produced by two different physical mechanisms, e.g. magnetic reconnection and pressure-driven.

研究の動機と目的

• 染色体ジェットが活動領域におけるコロナ上昇流の維持に寄与するかどうかを特定すること。
• 電子密度およびドップラーシフトを含むプラズマパラメータの時間的変化を、AR上昇流で分析すること。
• 光球磁場ダイナミクスがコロナ上昇流形成に果たす役割を調査すること。
• 染色体発光およびスフィクル様活動が上昇流の持続性に与える寄与を評価すること。
• Galsgaardら（2015）で提示されたデータ駆動型AR上昇流モデルの観測的ベンチマークを提供すること。

提案手法

• Hinode/EIS（Fe xii, Fe xiii）、SDO/AIA（171 Å, 193 Å）、HMI（磁場）、NSO/IBIS（Hα）のスペクトルおよび画像データを統合し、高時間分解能・多高さ分析を実施。
• AIA 171 Åおよび193 ÅチャンネルとEIS Fe xiiデータを比較するための画像強調技術を用い、低温発光寄与を同定。
• 高時間分解能解析を用いて、Fe xiiおよびFe xiii線の青シフト領域に~105 km s⁻¹の第二のドップラー速度成分が持続的であるかを検出・追跡。
• 3σ誤差範囲内で時間的安定性を有する電子密度（1 MKで1.8 × 10⁹ cm⁻³）の時間的安定性を評価。
• 光球磁場のポテンシャル場外挿法を実施し、フラックスの時間的変化および拡散プロセスを評価。
• Hαラインプロファイルの青シフト非対称性を定量的に評価し、染色体脚部におけるRBEやタイプIIスフィクルの存在を検出。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AR上昇流の脚部における染色体ジェットやスフィクル様現象が、コロナ上昇流で観測されたプラズマを供給しているか？
• RQ2 3.5時間にわたる期間における電子密度およびドップラー速度の時間的変化と安定性はいかがなものか？
• RQ3 Fe xiiおよびFe xiii線において観測された~105 km s⁻¹の第二の速度成分は、時間的に持続的かつ変動的であるか？
• RQ4 フラックス出現とは対照的に、光球磁気フラックス拡散がコロナ上昇流形成に果たす役割は何か？
• RQ5 AIA、EIS、Hαの複数波長観測は、AR上昇流の構造的性質および発光特性をどのように照合するか？

主な発見

• AR上昇流領域では、Fe xiiおよびFe xiii線において5–20 km s⁻¹の青シフト発光を示し、1 MKで平均電子密度は1.8 × 10⁹ cm⁻³であった。
• 電子密度は3.5時間にわたり安定しており、3σ誤差範囲内で顕著な変動は認められず、定常状態の質量供給メカニズムを示唆した。
• Fe xiiおよびFe xiii線の青ウィングに、~105 km s⁻¹の持続的で第二の速度成分が検出され、観測期間中は±15 km s⁻¹の範囲での変動にとどまった。
• 高時間分解能Hαデータでは、顕著なジェット様またはスフィクル様活動は観測されず、上昇流脚部ではRBEに特徴的な青シフト非対称性は存在しなかった。
• フラックス出現ではなく、磁気フラックス拡散が上昇流領域形成の主因であると特定された。
• AIA 171 Å画像では、EIS Fe xiiに見えない低温のループが確認され、このチャンネルへの低温度プラズマ寄与が示唆された。